Los transistores más pequeños jamás creados: estas son las soluciones para miniaturizar la electrónica más allá de los 2 nanómetros
Enrique Pérez
Editor especializado en tecnología de consumo y sociedad de la información. Estudié física, pero desde hace más de diez años me dedico a escribir sobre tecnología, imagen y sonido, economía digital, legislación y protección de datos. Interesado en aquellos proyectos que buscan mejorar la sociedad y democratizar el acceso a la tecnología.LinkedIn
Reducir el tamaño de los transistores es cada vez más difícil. Fabricantes como Samsung o TSMC están en camino de producirchips de 3 nanómetros, pero los fenómenos cuánticos son muy relevantes en esos tamaños.¿Dónde está el límite?El futuro es incierto y todas las miradas apuntan a lacomputación cuánticacomo evolución de la microelectrónica actual, pero su desarrollo no está ni mucho menos definido y ya nos vamos acercando al nanómetro.
Liu Deyin, co-CEO de TSMC,aseguraque los transistores de un nanómetro son factibles. No le falta razón, pues aunque sea en laboratorio, los investigadores ya han logrado fabricar transistores de ese nivel. Sin llegar a ser todavía soluciones viables a gran escala, estos son los transistores más pequeños jamás creados y que nos anticipan el devenir de la microelectrónica.Desde transistores del tamaño de un átomo hasta aquellos basados en otros materialesmás allá del silicio.
1 nanómetro
En 2016, un equipo del Laboratorio Nacional de Berkeley creaba el primer transistor funcional de un nanómetro. “Con la elección de los materiales adecuados, hay mucho más espacio para encoger nuestros componentes electrónicos”,explicabaAli Javey, investigador de materiales encargado del proyecto.
La investigación fuepublicada en la revista Sciencey la clave fue utilizarnanotubos de carbono y disulfuro de molibdeno(MoS2). Tanto el silicio como el MoS2 tienen una estructura cristalina, pero los electrones que fluyen por el silicio tienen una masa efectiva más pequeña en comparación, lo que provoca que sea más complejo luchar contra los fenómenos cuánticos de efecto túnel que ocurren por en ese rango de nanómetros. Los trabajos con este material han continuado, principalmente comocomplemento del grafeno.
De un átomo
Uno de los trabajos pioneros en miniaturización de los transistores fuepublicado en la revista Nature en 2012, aunque yadesde 2004se sabía que era posible construir una puerta lógica para controlar el estado “abierto y “cerrado”. Cuando Intel todavía trabajaba con los transistores de 32 nanómetros, unequipo internacionalde científicos de la Universidad de Melbourne, Purdue y Nueva Gales del Sur logró construir un transistor de un único átomo, lo que equivale a unos 0,1 nanómetros.
“No podemos hacerlo más pequeño que esto.Para mí, este es el límite físico de la Ley de Moore”,explicabaGerhard Klimeck, investigador del proyecto. En el transistor de un átomo se combinó microscopía de túnel de barrido y litografía resistente al hidrógeno. Pese a que anteriormente se habían observado los transistores de un átomo, esta fuela primera ocasión en que se lograba hacerlos también controlables.
Basado en una molécula
EnNature Physicsse publicaba en 2015 la demostración de un transistor en acciónbasado en una sola molécula, de ftalocianina. Este transistorincorporabaun terminal de puerta que permitía controlar la conductancia por efecto túnel. En vez de controlar el voltaje de la puerta, en este trabajose controlaba otro efecto para modular la electricidad.
Los científicos crearon este transistor en condiciones extremas,casi en vacío total y a una temperatura muy cercana al cero absoluto.
Reproduciendo el transistor molecular a temperatura ambiente
Algunos años más tarde, en 2017,científicos de la Universidad de Columbialograban crear un transistor molecular a temperatura ambiente. En la revista Nature Nanotechnology describen un grupo de átomos ordenados geométricamente en torno a un núcleo central de 14 átomos, enlazados a electrodos de oro que permitían monitorizar la respuesta eléctrica.
La importancia de esta publicación es quemientras otros transistores habían demostrado ser funcionales, no eran tan fáciles de reproducir. En esta ocasión, según describe Latha Venkataraman, la ventaja es que se podía construir un transistor de estas características a mayor temperatura y de forma reproducible.
La solución de los átomos de telurio
Financiadopor el Ejército de los EE.UU, en 2020asegurabanhaber creado el transistor más pequeño del mundo,gracias a un mineral de tierras raras: el telurio. El material, con forma de hélice de ADN unidimensional y encapsulado en un nanotubo de nitruro de boro, podía actuar como un transistor de efecto de campo de un tamaño efectivo de unos dos nanómetros.
Mientras los átomos de silicio parecen rectos, los de telurio tienen unaforma helicoidal, lo que permitiría encajar más fácil los nanotubosy por ende ayudar a fabricar transistores más pequeños.
Joe Qiu, gerente de programa de la Army Research Office, afirmaba que “esa tecnología tendría aplicaciones importantes para el Ejército. Esta investigación revela más sobre un material prometedor que podría lograr una informática más rápida con un consumo de energía muy bajo”.
El transistor líquido
En los años 60, la computación líquida fue una alternativa que llegó a generar cierta tracción. Sin embargo se desechó en favor de los transistores tradicionales. En 2017,Carmel Majidi y James Wissmanmostraron el primer transistor líquido, capaz deabrir y cerrar la conexión entre dos gotas de metal líquidodependiendo de las fluctuaciones del voltaje.
La investigacióngeneró una gran expectación, principalmente por abrir la puerta a transistores que pudieran cambiar de forma, cambiar su función o incluso reconfigurarse.
Tamaño cero: el transistor fotónico
El último avance en transistoreslo ofrece IBM. Los circuitos ópticos prometen ser el próximo gran avance y aunque todavía falta para ver un chip óptico económico y fácil de fabricar, estostransistores de un único fotónson una posibilidad, según se ha descrito enpublicaciones como Science.
IBM construyó en 2019 el primer transistor ópticoque funcionaba a temperatura ambiente. El principal problema es absorber la luz visible y para solucionarlo proponen un sistema de rejillas; una guía para los fotones con el que evitar las pérdidas de luz. Según los últimos trabajos, el sistema ha conseguido unapérdida de únicamente el 13%a lo largo de un recorrido de luz de un milímetro. Un nuevo campo de transistores que tiene detrás una de las grandes compañías de la microelectrónica.
En Xataka |La guerra por los nanómetros: hitos y barreras que se están encontrando los fabricantes de procesadores (Despeja la X, 1x44)
